了解能源、水和土地社会经济部门之间的资源需求和权衡需要明确考虑空间规模。然而，由于来自不同数据源的空间观察单位不一致，将土地动力学纳入能源-水关系中受到了限制。在这里，我们描述了美国本土国家水和能源土地数据集 (NWELD) 的开发。NWELD 是一个 30 米、86 层的栅格化数据集，描绘了美国能源部门生命周期(以及相关的能源用水)的可绘制组成部分的土地利用，特别是开采、开发、生产、储存、分配和运营八种可再生和不可再生技术。通过地理空间处理和编程，最终产品是使用四种不同的方法组装而成的，每种方法都取决于原始数据源的性质和可用性。为了验证，NWELD 对能源生命周期的空间范围提供了相对准确的描述，但与主流土地覆盖和土地利用数据集的关联度较低，表明为能源-水关系提供了新的土地利用信息。
多部门动态是一个不断发展的研究领域，旨在了解压力源和冲击对能源、水和土地 (EWL) 系统交汇处的相互依存关系的脆弱性和风险1。通过 EWL 的镜头，MSD 研究检查了自然人类与环境系统的耦合，衡量依赖关系，并评估各个经济部门之间的资源权衡1。相当多的注意力只集中在评估能源-水关系中的关键相互依存关系或权衡取舍，例如对热电用水2、饮用水供应和分配3以及废水处理4的研究.尽管能源和水是经济和社会的重要组成部分，但两者都高度依赖土地5。
事实上，可持续性研究中对粮食生产的考虑已将景观与能源-水的关系联系起来6。然而，除了农业部门，对空间尺度的明确考虑，特别是能源-水关系中的土地动态，受到的关注要少得多5。将土地动态纳入能源-水关系中会在多部门评估中产生共同的空间尺度，例如量化部门之间的土地竞争7，通过生命周期分析评估替代社会经济选择的资源负担8,9,10或了解嵌入在能源生命周期资源中的远端远程连接11。
了解能源技术对环境的更广泛影响需要将能源生命周期组成部分转化为与景观相关的措施。具体而言，绘制能源技术的土地使用图势在必行，因为它通过将能源类型分解为其各自的生命周期步骤，提供了对电力消耗的环境足迹12的估计;生产、加工、发电和输电7,13.将能源和水与土地联系起来的一项挑战和必要性是将土地覆盖与土地利用区分开来.传统上，土地覆盖制图依赖于遥感多光谱图像来了解自然生态系统和人类活动的范围，如地球表面覆盖所看到的那样，而土地利用描述了“人们的安排、活动和投入在特定的土地覆盖类型内进行”14。
尽管代表能源部门的广泛土地组成部分(例如，发达的土地覆盖、采矿)的产品可用于美国本土，但当前的土地利用数据产品在捕获所有(或至少大部分)生命周期的能力方面受到限制与景观分析相关的能源部门的组成部分15.例如，国家土地利用数据集 (NLUD) 是一个 30 m 的产品，由 79 个人为土地利用类别组成，并为土地利用制图提供了广泛的部门分类;然而，与能源生命周期和水行业相关的层次是有限的16。全国人为土地利用趋势 (NWALT) 数据集 (60 m) 提供了 19 类人为土地利用17.虽然它缺乏 NLUD 的特异性，但它跨越五个时间段(1976 年至 2012 年)，并包含一个关键层(挖掘)，描绘了能源生命周期的关键组成部分17。国家土地覆盖数据集 (NLCD) 是根据 Landsat 图像建模的高分辨率(30 m)土地表面覆盖描述，并在 2001 年至 2019 年14和18之间每五年发布一次。NLCD描绘了28类土地覆盖，其特点是显示复杂的土地覆盖变化14、18、19。虽然这些土地覆盖和土地利用数据集提供了包括能源利用要素的广泛分类系统，但它们并不代表能源生产生命周期的大部分水和土地组成部分。
在这里，我们描述了国家水和能源土地数据集 (NWELD) 的开发，该数据集描述了 48 个州的能源生产生命周期和与能源生产有关的水源的土地利用。虽然 NLCD 延伸到阿拉斯加和夏威夷，但我们排除这些州是因为缺乏支持我们分析的其他土地覆盖/使用栅格化数据，特别是 NLUD 和 NWALT。NWELD 中的各种土地利用类别部分受到 NLUD 和 NWALT 共享的缺失元素的启发，但被扩展为为 MSD 研究提供可操作的模板。根据源信息的可用性和准确性，使用了四种涉及地理空间技术的方法来创建一个 86 层、30m 分辨率的网格产品。
